[發(fā)明專利]一種割草機(jī)器人地圖創(chuàng)建與路徑規(guī)劃系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711115983.3
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107976998A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳俊風(fēng);王靖瑜;陸延琦
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務(wù)所32225
• 代理人: 孫彬

1.一種割草機(jī)器人地圖創(chuàng)建與路徑規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括設(shè)置在割草機(jī)器人機(jī)體上的驅(qū)動機(jī)械結(jié)構(gòu)、刀具機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、遙控模塊、通訊模塊、觸控模塊；

所述驅(qū)動機(jī)械結(jié)構(gòu)用于驅(qū)動割草機(jī)器人行動，所述刀具機(jī)械結(jié)構(gòu)配置不同形狀刀片，所述通訊模塊用于割草機(jī)器人的有線或無線通訊；所述傳感系統(tǒng)配置多種傳感器用于避障和定位；所述遙控模塊用于人為控制割草機(jī)器人。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種割草機(jī)器人地圖創(chuàng)建與路徑規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)還包括安全保護(hù)模塊，所述安全保護(hù)模塊用于工作中發(fā)生意外情況下能及時切斷電源，防止電機(jī)及驅(qū)動電路被燒毀；或當(dāng)草過長或過于濃密，刀具機(jī)械結(jié)構(gòu)無法運(yùn)行時，進(jìn)行超負(fù)荷保護(hù)。

3.一種割草機(jī)器人地圖創(chuàng)建與路徑規(guī)劃方法，其特征在于利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其步驟在于：

(1)、地圖構(gòu)建

針對有障礙物的目標(biāo)草地，割草機(jī)器人首先對其進(jìn)行建模，確定割草機(jī)器人機(jī)體所在的位置；

(2)、圖案設(shè)計

根據(jù)不同需求，自由設(shè)計不同形狀和深淺顏色搭配的草坪圖案；

(3)、路徑規(guī)劃

割草機(jī)器人采用分層分區(qū)策略將已建模的環(huán)境分成若干網(wǎng)格區(qū)域，采用雙層啟發(fā)式優(yōu)化算法對高層網(wǎng)格進(jìn)行路徑規(guī)劃和對低層網(wǎng)格進(jìn)行全覆蓋路徑，實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人自主最佳路徑的規(guī)劃。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種割草機(jī)器人地圖創(chuàng)建與路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟(1)中對有障礙物的目標(biāo)草地進(jìn)行建模的步驟如下：

(4a)、將草地的障礙物進(jìn)行幾何化處理，將其近似為幾何多邊形的形狀；

(4b)、建立坐標(biāo)系，橫軸記為[0,α]，縱軸記為[0,β]，將每個障礙物分別映射到橫軸與縱軸，分別記為[α_i,α_j]與[β_i,β_j]。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種割草機(jī)器人地圖創(chuàng)建與路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟(3)中的采用分層分區(qū)策略將已建模的環(huán)境分成若干網(wǎng)格區(qū)域的步驟如下：

割草機(jī)器人采用分層分區(qū)策略將已建模的環(huán)境分成若干子區(qū)域，包含對整個工作區(qū)域進(jìn)行上層粗網(wǎng)格分區(qū)處理，對每個粗網(wǎng)格進(jìn)行下層細(xì)網(wǎng)格化處理；

對于上層粗網(wǎng)格的構(gòu)建，根據(jù)割草機(jī)器人所選擇的刀具半徑，實(shí)際工作環(huán)境外圍的長度和寬度，以及工作環(huán)境內(nèi)非可行區(qū)域的障礙物的大小，對整個工作區(qū)域進(jìn)行粗網(wǎng)格分區(qū)；

(5a)、假設(shè)割草機(jī)器人的圓形刀具的半徑為γ，每一個子區(qū)域的長與寬滿足條件S_x,S_y∈[θ₁γ,θ₂γ]，S_x表示區(qū)域的長度，S_y表示區(qū)域的寬度，其中θ₁與θ₂是根據(jù)實(shí)際的草地情況而選取的權(quán)值；

(5b)、采用以下的分區(qū)規(guī)則：當(dāng)障礙物的長與寬大于上界值θ₂γ時，根據(jù)θ₂γ的長度對區(qū)域進(jìn)行劃分；當(dāng)障礙物的長與寬在邊界值θ₁γ與θ₂γ內(nèi)時，根據(jù)障礙物投影值橫軸與縱軸的長度對區(qū)域進(jìn)行劃分；當(dāng)障礙物的長與寬小于下界值θ₁γ時，這個子區(qū)域不進(jìn)行劃分；

對于下層細(xì)網(wǎng)格的構(gòu)建，在上層網(wǎng)格建立好的基礎(chǔ)上進(jìn)行，采用柵格法進(jìn)行建模，把機(jī)器人的工作空間分解成一系列具有二值信息的網(wǎng)格單元，對于每一個粗網(wǎng)格，將柵格的大小定為機(jī)器人的自身的尺寸γ，且假設(shè)機(jī)器人的行走速度是固定的，建立的柵格被分為自由柵格和障礙柵格，無障礙物的柵格被稱為自由柵格，而包含障礙物則稱為障礙柵格。